Введение к работе
Актуальность темы
Необходимость эффективно поддерживать и управлять большими объемами информации была движущей силой развития технологий баз данных (БД) и электронной коммерции. Эволюция вычислительной техники от мейнфреймов к дешевым компактным компьютерам привела к децентрализации БД. Потребность в использовании локально накопленных географически распределенных данных, развитие цифровой связи и прогресс в области распределенных вычислений - всё это является причинами перехода к использованию распределенных баз данных.
За последние несколько лет также получили серьезное развитие мобильные технологии. Большое количество исследований и разработок как в области мобильных устройств (сотовые телефоны, смартфоны, карманные и переносные компьютеры), так и в области средств связи (GPRS - одна из первых технологий мобильного интернета, ее улучшенный аналог EDGE, развивающиеся в последние годы технологии Wi-Fi, Wi-MAX, 3G) позволили наделить мобильные устройства значительно большей функциональностью. Сфера применения этих технологий широка: начиная от простейших интернет-приложений для просмотра веб-страниц и электронной почты и заканчивая приложениями для электронной коммерции, интернет-банкинга, оплаты услуг.
В последние годы в науке сформировалось отдельное направление, изучающее вопросы управления гетерогенными базами данных в распределенной и одновременно мобильной среде (под «мобильной средой» подразумевается то, что доступ в систему осуществляется с мобильного устройства и, как правило, по беспроводному каналу связи). В зарубежной литературе это направление получило название MDAS - Mobile Data Access System (МСДД - мобильная система доступа к данным).
Новые технологии порождают новые вопросы и проблемы в уже, казалось бы, хорошо изученной области распределенных БД. Доступ к таким системам значительно усложняется, как только клиент БД перестает использовать постоянный, надежный и быстрый канал связи, а ресурсы устройства, с которого осуществляется доступ, становятся сильно ограниченными. Одна из основных задач, требующих решения, - управление параллельным выполнением транзакций (concurrency control) в системе МСДД. Методы, разработанные для распределенных БД, в которых и сервера, и
клиенты находятся в стационарной сети, оказываются недостаточно эффективными в мобильной среде.
Приведенный в диссертационном исследовании обзор новых методов показывает, что данная тема еще недостаточно изучена, - все последние предложенные методы в данной области либо подходят только для частных случаев и обладают существенными ограничениями, либо не применялись на практике и даже не проверялись в реальных условиях (все результаты и оценки эффективности были получены только теоретически или с использованием моделирования), либо и то, и другое. Об актуальности данной темы говорит и то, что мобильные системы доступа к данным, как самостоятельная область в науке, появились сравнительно недавно, а исследования в этой области ориентированы на использование самых последних технологий.
Цель диссертационной работы
Цель диссертационной работы состоит в решении проблемы управления параллельным выполнением транзакций на глобальном уровне в МСДД, которая объединяет несколько реляционных СУБД, использующих разные методы управления параллельным выполнением транзакций на локальном уровне.
Задачи диссертационной работы
Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
анализ и классификация существующих решений в области систем совместного доступа к информации;
исследование современных методов управления параллельным выполнением транзакций в системах мульти-БД и МСДД;
разработка математической модели МСДД;
определение необходимых и достаточных условий обеспечения глобальной сериализуемости транзакций в МСДД;
разработка метода и алгоритма работы глобального менеджера транзакций (concurrency-control manager), отвечающего за обеспечение сериализуемости транзакций в МСДД;
разработка структурной модели МСДД и реализация её прототипа;
реализация предложенного метода и его применение на примере мобильной платежной системы;
оценка эффективности метода при работе с реальными СУБД.
Методы исследования
Решение поставленных задач основывается на использовании теории множеств, теории графов, теории алгоритмов, теории управления транзакциями. При разработке программного обеспечения использованы методы объектно-ориентированного программирования.
Научные результаты и их новизна
В диссертационной работе получены следующие результаты:
разработана математическая модель МСДД, описывающая данные, транзакции и истории транзакций в системе и отличающаяся от существующих моделей тем, что учитывает особенности управления транзакциями в СУБД, использующих Snapshot-изоляцию (изоляцию «моментальных снимков»);
для разработанной модели МСДД доказаны необходимые и достаточные условия обеспечения сериализуемости глобальных транзакций;
предложен новый метод управления параллельным выполнением транзакций в МСДД, учитывающий специфику мобильной среды и позволяющий интегрировать любые СУБД, обеспечивающие сериализуемость локальных транзакций (без существенных нарушений их локальной автономности), и СУБД, использующие Snapshot-изоляцию (с частичным нарушением автономности);
доказана корректность метода управления параллельным выполнением транзакций в МСДД;
впервые предложено решение для интеграции СУБД, обеспечивающих сериализуемость локальных транзакций, и СУБД, использующих Snapshot-изоляцию, в мобильной среде;
разработана методика применения полученных теоретических результатов на практике;
разработаны инструментальные программные средства для моделирования и оценки эффективности работы глобального менеджера транзакций.
Практическая значимость результатов работы
Разработанные модели МСДД и методы управления параллельным выполнением транзакций в МСДД могут быть использованы при создании практически любых распределенных мобильных систем со стационарными БД и мобильными клиентами. Для таких систем предложенный метод позволяет
интегрировать в рамках глобальной системы практически все используемые в широкой практике реляционные СУБД и гарантировать глобальную сериализуемость транзакций.
Разработанные программные средства были использованы при создании и внедрении системы мобильных платежей в ООО «ПС груп», что подтверждается актом о промышленном внедрении и использовании результатов диссертационной работы.
Реализация и внедрение результатов работы
На основании предложенных моделей и методов было разработано программное обеспечение для управления параллельным выполнением транзакций в мобильных системах доступа к данным и создана система мобильных платежей, позволяющая ее пользователям с помощью мобильного телефона, переводить средства с банковского счета поставщикам услуг. Система успешно внедрена и прошла опытную эксплуатацию в ООО «ПС груп». Применение в системе технологии МСДД, основанной на предложенном в работе методе, позволило более точно и без задержек вычислять комиссию при проведении платежей и, в конечном итоге, снизить взимаемую комиссию и получить конкурентное преимущество.
Основные положения, выносимые на защиту:
математическая модель МСДД;
метод управления параллельным выполнением транзакций в МСДД, позволяющий интегрировать реляционные СУБД, обеспечивающие сериализуемость локальных транзакций, и СУБД, использующие Snapshot-изоляцию;
структурная модель МСДД;
алгоритм работы глобального менеджера транзакций МСДД;
методика моделирования процесса работы МСДД и нагрузочного тестирования системы, позволяющая эмулировать поведение клиентов системы в мобильной среде.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах: XIII и XIV международных телекоммуникационных конференциях студентов и молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА» (Москва, 2010, 2011), девятой международной практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010), 7-ой международной
научно-практической конференции «Интеллектуальные технологии в образовании, экономике и управлении» (Воронеж, 2010), международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2010» (Одесса, 2010), XIX и XX международных научно-технических семинарах «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» (Алушта, 2011).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ: 4 статьи в журналах, включенных ВАК РФ в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий [1, 2, 3, 4], 1 статья в других журналах [5] и 5 тезисов докладов [6, 7, 8, 9, 10].
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 128 наименований и приложений. Общий объем диссертации - 230 страниц машинописного текста, в том числе: 160 страниц основного текста и 23 страниц приложений, 39 рисунков, 17 таблиц.
Похожие диссертации на Управление параллельным выполнением транзакций в распределенных гетерогенных базах данных при доступе из мобильной среды
